一种基于WinCC和PLC的水力机械试验台电气控制系统的制作方法

本发明涉及一种基于wincc和plc的水力机械试验台电气控制系统，适用于机械领域。

背景技术：

国家能源中小水电设备重点实验室高精度水力机械试验台的主要功能为：混流式、轴流式和贯流式水轮机模型的能量特性和气蚀特性试验；飞逸特性、力特性和压力脉动试验。其主要参数为：最高试验水头60m，最大试验流量1.6m/s，水轮机模型转轮直径350~500mm，测功电机功率600kw，测功电机最高转速2200r/min，供水泵功率280kwx2，试验综合系统误差范围为士0.25%。

水力机械试验台是对水轮机模型进行实验研究，高精度测量流量、水头、转速和出力等参数。通过试验，检验水力机械设计方案优劣，确定其模型转轮的性能。最后利用相似原理推广到原型水轮机上，不仅缩短了水轮机转轮的开发周期，同时还节约了其制造成本。

电气控制系统的精度与稳定性直接影响着整个试验台的整体检测精度与运行效率。wincc集生产自动化和过程自动化于一体，具有高效、稳定、易行的特点，其强大的标准接口提供了ole，dde，activex，opc服务器和客户机等接口和控件，能很方便与其他应用交换数据，同时wincc的在线向导组态功能在系统调试过程中大量缩短了开发周期。

技术实现要素：

本发明提出了一种基于wincc和plc的水力机械试验台电气控制系统，采用wincc通用监控系统、plc控制技术和profibus-dp现场总线相结合的控制方案，由plc实现控制和数据采集功能，由wincc组态软件实现实时监控、显示设备运行状态、数据查询等功能，完成对设备的远程监控和故障诊断，提高了水力机械试验台电气控制系统的自动化水平，实现高精度参数测量。

本发明所采用的技术方案是：

所述电气控制系统分为电气传动部分和wincc组态监控部分两部分，其中电气传动部分由开关设备、变压器、交流变频器、直流调速装置、电机等设备组成，wincc组态监控部分由2套cpu226plc实现设备控制和数据采集。

所述控制系统主要由电动蝶阀控制模块、流量计率定及流量自动控制模块、折向器切换模块、测功电机和水泵控制模块和砝码机控制模块几个模块组成。

本发明的有益效果是：该试验台电气控制系统自动化控制水平较高，控制界面友好，运行稳定，操作简单，实现了控制过程的可视化和良好的维护性。

附图说明

图1是本发明的系统示意图。

图2是本发明的电气控制系统框图。

图3是本发明的电动阀门控制图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，该水力机械试验台由水库、校正池、折向器、称重罐、压力罐、尾水罐、稳压罐、各种管路、供水泵、补水泵、测功电机，模型机组、电动蝶阀和电磁流量计等各种传感器组成，1为水库，2为小校正池，3为大校正池，4为折向器，5为大流量计，6为小流量计，7为稳流罐，8、9为主泵，10为补水泵，11为水管路，12为压力罐，13为尾水罐，14为模型机，15为测功电机，16为电动蝶阀。

如图2，电气系统分为两部分：电气传动部分和wincc组态监控部分。其中电气传动部分由开关设备、变压器、交流变频器、直流调速装置、电机等设备组成，wincc组态监控部分由2套cpu226plc实现设备控制和数据采集。

cpu226是控制系统的核心，通过em277通讯模块以profibus总线的方式与上位机wincc通讯，其中一台cpu负责2套直流调速装置和交流变频器对水泵和测功电机的启停和转速控制，转速通过速度编码器反馈到调速系统，形成速度闭环；另一台cpu负责传感器信号采集、水轮机模型导叶开度控制、电动蝶阀开闭控制、祛码机加减码控制、折向器折向切换控制等任务。

各传感器把采集到的信号以4~20ma或者0~10v的电量形式传送到em235模块上，在plc中解析，实现上位机wincc对系统的远程监控。

如图3，电动蝶阀具有全开、全关和任意开度启、停的功能，v0.1受上位机wincc控制，阀门停止为紧急停止功能，q0.2和q0.3控制阀门电动机的正反转，并具有互锁功能，同时电动蝶阀具有全开限位、全关限位和反馈信号的功能，系统可通过反馈信号来判断阀门的状态和故障信息。

在水力机械模型试验中，流量计的率定精度对试验台的测试精度起着决定性的作用。为了提高流量计率定精度，设置了2个校正池，采用体积法标定校正池，使用高精度双向电磁流量计测量流量，流量计输出脉冲数与通过流量计水流的速度成正比，用单位时间内流量计输出的脉冲来计算流量。

在流量计率定试验的过程中，对系统流量的平稳性要求很高，在水泵转速不变的情况下，水流不断注入率定池内约200m³，率定时间(100~200s)内，水库水位逐渐下降约1.1m，造成水泵吸入压力不断下降，流量会逐渐变小。因此采用流量控制程序，系统通过检测流量大小反馈来自动调节水泵转速，自动保持恒定的流量。在系统启动时，只需要给流量控制系统输入流量值，而无需人为调节水泵转速。vd964是上位机wincc给定的流量值，vw976是流量计反馈的流量值，通过系统的pid调节，输出水泵的转速aqwo。

技术特征：

技术总结
一种基于WinCC和PLC的水力机械试验台电气控制系统，采用WinCC通用监控系统、PLC控制技术和Profibus‑DP现场总线相结合的控制方案，由PLC实现控制和数据采集功能，由WinCC组态软件实现实时监控、显示设备运行状态、数据查询等功能，完成对设备的远程监控和故障诊断，提高了水力机械试验台电气控制系统的自动化水平，实现高精度参数测量。该试验台电气控制系统自动化控制水平较高，控制界面友好，运行稳定，操作简单，实现了控制过程的可视化和良好的维护性。

技术研发人员：祝凤娟
受保护的技术使用者：祝凤娟
技术研发日：2016.11.22
技术公布日：2018.05.29